非晶硅太阳电他的初期发展.wps
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1、非晶硅太阳电他的初期发展非晶硅太阳电他的初期发展2 21 1初期的技术进步和繁荣初期的技术进步和繁荣半导体巨型电子器件太阳电池可用廉价的非晶硅材料和工艺制作,这就激发了科研人员、 研究单位纷纷投入到这个领域的研究中,也引起了企业界的重视和许多国家政府的关注,从而推动了非晶硅太阳电他的大发展。 非晶硅太阳电池很快走出了实验室,走进了中试线和较大规模的生产线。 从技术上看,非晶硅太阳电池这一阶段的进步主要表现在:(1)从简单的ITOp/i/n(a 一Si)Al发展成为SnO2(F)p-a 一 SiCi-a-Sin-a一 SiA1这样比较复杂实用的结构。Sno2透明导电膜比 ITO更稳定,成本更低,
2、易于实现织构,从而增加太阳电池对光的吸收。采用 aSiC:H作为 p型的窗口层,带隙更宽,减少了P 层的光吸收损失,更好地利用入射的太阳光能。 (2)对 a-Si层和两个电极薄层分别实现了激光划线分割,实现了集成化组件的生产。(3)出现了单室成批生产和多室的流水生产非晶硅薄膜的两种方式。 在生产上还出现了以透明导电玻璃为衬底的组件生产和以柔性材料(如不锈钢)为衬底的两种电池组件的生产方式。世界上出现了许多以a-Si 太阳电池为主要产品的企业或企业分支。 例如,美国的 CHRONAR、 SOLAREX、 ECD等,日本有三洋、 富士、夏普等。 CHRONAR 公司是 a-Si太阳电池产业开发的急
3、先锋,不仅自己有生产线,还向其它国家输出了6 条MW级生产线。 美、 日各公司还用自己的产品分别安装了室外发电的试验电站,最大的有100kW 容量。在 80年代中期,世界上太阳电他的总销售量中非晶硅占有40,出现非晶硅、多晶硅和单晶硅三足鼎立之势。2 22 2aSIaSI 太阳电池的优势太阳电池的优势技术向生产力如此高速的转化,说明非晶硅太阳电池具有独特的优势。这些优势主要表现在以下方面:(1)材料和制造工艺成本低。 这是因为衬底材料,如玻璃、 不锈钢、塑料等,价格低廉。硅薄膜厚度不到1m,昂贵的纯硅材料用量很少。制作工艺为低温工艺(100一 300C),生产的耗电量小,能量回收时间短)(2)
4、易于形成大规模生产能力。这是因为核心工艺适合制作特大面积无结构缺陷的a 一Si合金薄膜;只需改变气相成分或者气体流量便可实现n结以及相应的迭层结构;生产可全流程自动化。 (3)品种多,用途广。 薄膜的aSi太阳电池易于实现集成化,器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造,可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。 由于光吸收系数高,晴电导很低,适合制作室内用的微低功耗电源,如手表电池、计算器电池等。由于aSi 膜的硅网结构力学性能结实,适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳电池。 灵活多样的制造方法,可以制造建筑集成的电池,适合户用屋顶电站的安装。2 23 3 发展势头受挫发展势头受挫非晶硅太
5、阳电池尽管有如上诸多的优点,但缺点也是很明显的。主要是初始光电转换效率较低,稳定性较差。 初期的太阳电池产品初始效率为5-6,标准太阳光强照射一年后,稳定化效率为 3-4,在弱光下应用当然不成问题,但在室外强光下,作为功率发电使用时,稳定性成了比较严重的问题。 功率发电的试验电站性能衰退严重,寿命较短,严重影响消费者的信心,造成市场开拓的困难,有些生产线倒闭,比如CHRONAR 公司。2 24 4 封装的不稳定问题封装的不稳定问题第一阶段a-Si 太阳电池产品性能衰退问题实际上有两个方面,即封装问题和构成电池的aSi 材料不稳定性问题。 封装问题主要是:封装材料老化和封装存在缺陷,环境中的有害
6、气氛对电他的电极材料和电极接触造成损害,使电池性能大幅度下降甚至于失效。 解决这一问题主要靠改进封装技术,在采取了玻璃层压封装(这是指对玻璃衬底的电池)和多保护层的热压封装(对不锈钢衬底电池),基本上解决了封装问题。目前太阳电池使用寿命已达到10 年以上。2 25 5a-Sia-Si 材料和太阳电池的光致衰退机制材料和太阳电池的光致衰退机制a-Si薄膜在强光(通常是一个标准太阳的光强,100mWcm2)下照射数小时,光电导逐渐下降,光照后暗电导可下降几个数量级并保持相对稳定;光照的样品在160下退火,电导可恢复原值,这就是有名的斯太不拉一路昂斯基效应,简称SWF。暗电导的阿兰纽斯特性测量表明,
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